蛹蟲草微膠囊的制備及工藝優(yōu)化

◎ 孫永健，魏曉宇，盧 磊，周啟林，黃登禹

（1.天津天獅學(xué)院 食品工程學(xué)院，天津 301700；2.北京佳安衛(wèi)康科技有限公司，北京 100192）

微膠囊的制備最早可追溯至19世紀(jì)中期，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已可制得1～1 000 nm的納米級(jí)微膠囊[1-3]。在保健食品領(lǐng)域，已利用該技術(shù)開發(fā)出了許多微膠囊化食品和營養(yǎng)強(qiáng)化劑[4-7]。本研究在壁材中添加RS2型抗性淀粉，發(fā)現(xiàn)其在小腸中不能被降解吸收，但在結(jié)腸中可被微生物發(fā)酵而產(chǎn)生短鏈脂肪酸等物質(zhì)的特性，以蛹蟲草提取液為芯材，通過乳化-固化法制備微膠囊[8-9]。利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化乳化-固化法制備工藝，以期為保健食品緩釋制劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

殼聚糖、海藻酸鈉、RS2型抗性淀粉、冰乙酸等化學(xué)試劑均為分析純，甲醇為色譜純，購自天津風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；98%的腺苷標(biāo)品，購自天津益仁達(dá)化工有限公司；食用油、蛹蟲草等為市場(chǎng)采購。

1.2 儀器與設(shè)備

恒溫定時(shí)磁力攪拌器（EMS-3B）、低速離心機(jī)（TD5K-III）：上海圣科儀器設(shè)備有限公司；循環(huán)水式真空泵（SHZ-95B）、超聲波清洗機(jī)（KQ50）：上海尚儀儀器設(shè)備有限公司；高效液相色譜儀（DSA815）：日本島津公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 微膠囊的制備

利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的乙酸溶液將殼聚糖制成乙酸殼聚糖（1.5%）溶液，將無水氯化鈣制成乙酸氯化鈣（25%）溶液，然后使其和殼聚糖乙酸溶液與30 mL食用油（含1%司班80、1%吐溫80）混合，磁力攪拌乳化一定時(shí)間，量取20 mL海藻酸鈉溶液（1%）與一定量抗性淀粉和蛹蟲草提取液混合均勻，用0.5 mm針孔注射器滴加進(jìn)乳化一定時(shí)間的混合油相，再磁力攪拌乳化相等時(shí)間，經(jīng)勻漿倒入離心管在5 000 r·min-1下離心15 min，倒去上清液，用1 mL石油醚和3 mL蒸餾水洗滌2～3次，經(jīng)沉淀冷凍干燥后制得成品。

1.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以腺苷的包埋率為指標(biāo)，對(duì)壁材比、芯壁比、轉(zhuǎn)速、氯化鈣用量和乳化時(shí)間進(jìn)行5因素4水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)（表1）。其中壁材比是指抗性淀粉與海藻酸鈉溶液的質(zhì)量體積比（W/V），芯壁比是指蛹蟲草提取液與海藻酸鈉的體積比（V/V），轉(zhuǎn)速是指磁力攪拌機(jī)能設(shè)定的轉(zhuǎn)速，氯化鈣用量是指海藻酸鈉與氯化鈣乙酸溶液的體積比（V/V）。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.3.3 微膠囊芯材的提取

將微膠囊成品用研缽碾成細(xì)粉，按照1∶50的料液比用超純水于60 ℃下，在40 Hz的超聲波清洗機(jī)中浸提60 min，離心得上清，將上清液抽濾2～3次后，記錄濾液體積，待檢。

1.3.4 腺苷含量的測(cè)定

（1）色譜條件。色譜柱：C18柱，4.6 mm×250 mm，5 μm；流動(dòng)相：甲醇∶水=15∶85（V/V）；流速：0.8 mL·min-1；柱溫：25 ℃；檢測(cè)波長：260 nm；進(jìn)樣量：10 μL。

（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。利用腺苷標(biāo)品配制濃度 為 0.05 μg·mL-1、0.20 μg·mL-1、5.00 μg·mL-1、20.00 μg·mL-1、60.00 μg·mL-1和 100.00 μg·mL-1的 標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖1），腺苷保留時(shí)間為16.269 min（圖2），標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=40 361x-720.7（R2=0.999 9）。

圖1 腺苷標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

圖2 腺苷標(biāo)準(zhǔn)品HPLC色譜圖

1.3.5 包埋率的計(jì)算

以1.3.3中所提取得到的腺苷含量與制備微膠囊時(shí)添加的蛹蟲草提取液中的腺苷含量之比計(jì)算包埋率。

1.3.6 微膠囊的形態(tài)觀察

在載玻片中心滴加1～2滴蒸餾水，將制備好的微膠囊樣品粉末置于蒸餾水中央，滴加魯哥氏碘液染色，于油鏡下觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

正交試驗(yàn)直觀分析（表2）結(jié)果表明，利用乳化-固化法制備蛹蟲草微膠囊時(shí)，影響包埋率的主要因素為芯壁比，而乳化時(shí)間、氯化鈣用量、壁材比和轉(zhuǎn)速對(duì)包埋率的影響相對(duì)較小，5個(gè)因素依此排序?yàn)樾颈诒龋救榛瘯r(shí)間＞氯化鈣用量＞壁材比＞轉(zhuǎn)速，考察這幾個(gè)因素在水平上的變化，確定較優(yōu)的制備方案為A2B1C4D4E4，即芯壁比1∶200，乳化時(shí)間70 min，氯化鈣用量20∶11，壁材比1.5%，轉(zhuǎn)速2 000 r·min-1。

表2 正交試驗(yàn)直觀分析表

以轉(zhuǎn)速作為誤差項(xiàng)進(jìn)行方差分析，在α=0.05的條件下進(jìn)行F檢驗(yàn)。結(jié)果（表3）表明，芯壁比這一因素具有顯著性，說明該因素在變化過程中對(duì)于微膠囊的制備有很大影響，因此在利用乳化-固化法制備微膠囊時(shí)應(yīng)特別注意該因素的設(shè)計(jì)。

表3 正交試驗(yàn)方差分析表

2.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

通過正交試驗(yàn)所得較優(yōu)方案沒有出現(xiàn)在16組試驗(yàn)當(dāng)中，因此需驗(yàn)證其可靠性。驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果（表4）表明，包埋率最高可達(dá)37.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.02%，說明所得較優(yōu)方案具有一定的可靠性，利用該方案和相關(guān)參數(shù)制備微膠囊效果較好。

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表

2.3 微膠囊的顯微觀察

利用光學(xué)顯微鏡初步觀察所制備微膠囊成品的結(jié)構(gòu)（圖3、圖4），發(fā)現(xiàn)本研究制備的微膠囊樣品結(jié)構(gòu)完整、粒徑均勻、形貌圓潤、不沾連以及不成團(tuán)，說明基于上述較優(yōu)方案制備的微膠囊具有較優(yōu)良的外觀形態(tài)，可以為充分發(fā)揮微膠囊的特性提供結(jié)構(gòu)上的參考。

圖3 40倍鏡下微膠囊的形態(tài)圖

圖4 100倍鏡下微膠囊的形態(tài)圖

3 結(jié)論

本研究的芯材是蛹蟲草提取液，主要功效成分為水溶性的腺苷和蟲草素，采用油包水的體系配比，可以在一定程度上提升包埋率。在壁材中添加抗性淀粉可以使產(chǎn)品具有緩釋性能，后續(xù)研究可以通過模擬體內(nèi)環(huán)境，考察蛹蟲草微膠囊成品的緩釋性能，并進(jìn)一步利用紅外光譜、電鏡掃描等方法，考察微膠囊外觀形貌與緩釋性能之間的關(guān)系，以更進(jìn)一步優(yōu)化微膠囊的制備工藝[10-12]。

本研究最終確定，當(dāng)壁材比（抗性淀粉/海藻酸鈉，W/V）為1.5%、芯壁比（蛹蟲草提取液/海藻酸鈉，V/V）為 1∶ 200、轉(zhuǎn)速為 2 000 r·min-1、氯化鈣用量（海藻酸鈉/氯化鈣，V/V）為20∶11，乳化時(shí)間為70 min時(shí)，功效成分的包埋率最高，且微膠囊成品的外觀形貌良好。